CN220271778U - 基于无线传感器网络的温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的温度控制系统，包括：一个协调器、多个节点终端和若干个中继节点；所述节点终端和所述中继节点上设有温度传感器、第一主控板和控制装置，所述温度传感器、所述控制装置均与所述第一主控板电连接；所述温度传感器用于检测冷藏点的室温，所述控制装置用于接收所述第一主控板的电信号、启闭用于降低冷藏点的室温的降温装置；所述协调器上设有第二主控板；所述第一主控板和所述第二主控板上均设有无线通信模组，所述节点终端、所述中继节点均与所述协调器通信连接，所述中继节点用于在所述协调器和与自身连接的节点终端之间传输通信报文。能够低成本、可靠地控制各个冷藏点的温度。

Description

基于无线传感器网络的温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及物品冷藏和冷冻技术领域，尤其涉及的是一种基于无线传感器网络的温度控制系统。

背景技术

在医院药品的冷藏、食品和饮料的冷藏等各种场合，冷藏点众多且分散在不同的地方，由工作人员逐个去核实冷藏点的温度以及开启降温装置，人工成本太高。因此需要自动地、集中地检测和控制各个冷藏点的温度。

由于通讯距离远、布线困难，铺设线缆来实现冷藏点温度的集中控制的成本太高，目前多通过无线网络来实现各个冷藏点温度的集中控制。但是为了节约成本，冷藏点通常设置在较为偏僻的区域，无线信号容易衰减和被干扰，并且无线信号有效的传输距离较短，因此通信信号不稳定，控制的实时性差、稳定性不好，不能可靠地控制各个冷藏点的温度。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种基于无线传感器网络的温度控制系统，能够低成本、可靠地控制各个冷藏点的温度。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种基于无线传感器网络的温度控制系统，包括：

一个协调器、多个节点终端和若干个中继节点；

所述节点终端和所述中继节点上设有温度传感器、第一主控板和控制装置，所述温度传感器、所述控制装置均与所述第一主控板电连接；所述温度传感器用于检测冷藏点的室温，所述控制装置用于接收所述第一主控板的电信号、启闭用于降低冷藏点的室温的降温装置；

所述协调器上设有第二主控板；

所述第一主控板和所述第二主控板上均设有无线通信模组，所述节点终端、所述中继节点均与所述协调器通信连接，所述中继节点用于在所述协调器和与自身连接的节点终端之间传输通信报文。

可选的，所述第一主控板和所述第二主控板均为8051架构的单片机。

可选的，所述单片机上设有模数转换器，所述模数转换器用于将所述温度传感器采集的模拟信号转换为数字信号。

可选的，所述无线通信模组为Zigbee无线通信模组。

可选的，所述温度传感器为LM35温度传感器。

可选的，所述第二主控板上设有定时模组和处理器，所述定时模组用于定时向所述处理器发送电信号，所述处理器用于在接收到所述定时模组的电信号后向所述第二主控板的无线通信模组传输通信报文以轮询所述节点终端。

可选的，所述协调器上还设有寄存器，所述寄存器用于存储所有的所述节点终端的地址和所述降温装置的启闭状态。

可选的，所述控制装置为继电器。

可选的，还包括显示器，所述协调器与所述显示器电连接，所述显示器用于显示各个所述节点终端所在冷藏点的室温以及各个所述节点终端的降温装置的启闭状态。

可选的，所述降温装置为通风设备。

由上可见，本实用新型的基于无线传感器网络的温度控制系统，包括一个协调器、多个节点终端和若干个中继节点，中继节点、节点终端和协调器之间采用无线通信，成本较低，中继节点既可以控制所在冷藏点的温度，还可以在协调器和与自身连接的节点终端之间传输通信报文，使得某些节点终端与协调器之间距离远、信号质量不好时，也能确保这些节点终端的通信报文可靠地、及时地传输至协调器，从而可靠地控制各个冷藏点的温度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例提供的基于无线传感器网络的温度控制系统的网络拓扑图；

图2是本实用新型实施例提供的基于无线传感器网络的温度控制系统的结构图。

附图标记说明

10、协调器，20、节点终端，30、中继节点。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由大量的传感器节点组成的网络系统，这些节点通过无线通信方式连接在一起，用于监测、收集和处理环境中的信息。无线传感器网络在许多应用场景中都有广泛的应用。例如：用于监测空气质量、水质、土壤湿度等环境参数，以评估环境健康状况并采取相应措施；用于实时监测作物生长状况、土壤湿度、温度等参数，以实现精确灌溉、施肥等智能化农业管理；用于实时监测道路交通状况，如车辆速度、拥堵程度等，以优化交通管理和道路安全；用于实时监测工厂生产线的运行状况，如设备温度、压力等，以确保生产安全和效率等。

虽然在有些冷藏场合中也应用了无线传感器网络，但主要是进行温度监测，很少对各个冷藏点的温度进行控制，并且冷藏点的数量较少、分布较为集中。在一些冷藏场合，冷藏点被分散设置在不同的地方，难免有些冷藏点所在区域的无线信号质量不好，导致不能稳定地、可靠地对各个冷藏点的温度进行监测和控制。

针对无线传感器网络应用在冷藏场合中存在的问题，本实用新型的控制系统如图1所示，不仅包括节点终端20，还包括中继节点30，当节点终端20与协调器10(相当于控制中心)之间可能存在通信故障时，通过中继节点30来确保上述节点终端20与协调器10之间的通信；而且中继节点30也是节点终端20，可以检测中继节点30所在的冷藏点的室温，节约成本。每个节点终端20上还设置了控制装置，当协调器10根据节点终端20的通信报文判定节点终端20所在冷藏点的温度过高时，发送控制报文至节点终端20，节点终端20根据控制报文来启闭降温装置，控制冷藏点的温度。

参考图2所示，本实施例的基于无线传感器网络的温度控制系统包括1个协调器10和4个节点终端20，且每个节点终端20也是中继节点30，可用来将邻近的节点终端20的通信报文传输至协调器10。由图1可以看出，相对于常用的星形拓扑，本实施例的网络结构为网络拓扑结构。

需要说明的是，中继节点的数量不做限制，可以依据无线通信的网络状况进行相应设置。

节点终端20以及中继节点30为工控机，主要包括以下部分：第一主控板、控制装置和温度传感器。第一主控板上设有无线通信模组，用来和协调器10无线通信。控制装置和温度传感器与第一主控板电连接，第一主控板接收到协调器10的信号后，根据协调器10的信号发送相应的电信号至控制装置以启闭降温装置，通过降温装置降低冷藏点的室温。温度传感器用来检测节点终端20所在冷藏点的室温，然后将室温传输至第一主控板，第一主控板再通过无线通信模组发送至协调器10。其中，控制装置和温度传感器可以集成在工控机内，也可以是独立设置于工控机外。

具体地，本实施例中，温度传感器为LM35温度传感器，该温度传感器是一种以电压的形式感测并显示感测温度的传感器设备，能够感应室温的即时变化。第一主控板为8051架构的单片机，单片机上有8051UC的微控制器。8051UC功耗低，适用于电池供电的应用；具有内置的定时器和计数器，能够处理时间相关的任务；具有可编程的内存，可以存储程序代码和数据；具有模数转换器，模数转换器与8051UC微控制器相连，能够将温度传感器检测温度所产生的模拟信号转化为数据信号后传输至微控制器。因此，8051架构的单片机特别适用于本实施例的冷藏点温度控制场景。控制装置为继电器，继电器类似于一个控制开关，根据第一主控板的微控制器发送过来的电信号相应地开启或关闭降温装置。如图1所示，本实施例中的降温装置为通风设备，如风扇、抽风机等。显然，降温装置也可以为类似空调的制冷设备。

协调器10上设有第二主控板，协调器10可以为电脑终端或工控机。第二主控板上也设有无线通信模组，通过无线通信模组，协调器10可以和节点终端20、中继节点30通信连接。具体地，节点终端20或中继节点30将温度传感器检测到的温度发送至协调器10，协调器10将该温度与阈值比较，当温度超过阈值时，协调器10则发送控制信号至节点终端20或中继节点30，使得节点终端20或中继节点30的控制装置开启降温装置以降低温度，或关闭降温装置以保持冷藏点的温度恒定。

具体地，本实施例中，第二主控板为8051架构的单片机。第一主控板和第二主控板上的无线通信模组均为Zigbee无线通信模组。由于Zigbee的局限性在于其通信距离较短。为了克服Zigbee的距离限制，本实施例对现有的无线传感器网络结构进行更改，设置了中继节点30，节点终端20和中继节点30之间能传输通信报文，通过中继节点30实现远距离的节点终端20与协调器10之间的通信连接。例如：当节点终端20与协调器10之间的距离太远，会存在通信故障时，可以在节点终端20与协调器10之间设置中继节点30，节点终端20通过将通信报文发送到中继节点30，中继节点30再将该通信报文转发至协调器10，实现节点终端与协调器的通信连接。需要注意的是，为了利用资源、降低成本，中继节点30也是一个节点终端20，能够检测其所在冷藏点的温度并发送至协调器10，实现自身所在冷藏点的温度控制。需要说明的是，中继节点30实现节点终端20和协调器10之间的通信报文转发是本领域的现有技术，在此不再赘述。

由上所述，本实施例使用8051架构的单片机和Zigbee无线通信模块构建了一个嵌入式无线传感器网络，为监测、跟踪和控制温度提供了一个控制系统。提供了安全可靠的数据传输。在节点终端到中继节点，中继节点到协调器以及节点终端到协调器之间创建无线通信，通过传感器监测室温，协调器控制节点终端或中继节点上的控制装置，对各个冷藏点的温度进行控制。

系统运行时，为了避免混淆来自不同节点终端20和中继节点30的通信报文，并使得协调器10能够准确地传输控制报文至节点终端20或中继节点30，协调器10采用轮询方法，逐个请求每个节点终端20发送温度传感器的读数，以避免多个节点终端20同时传输温度数据到协调器10。具体地，第二主控板上设置定时器，定时器定时向第二主控板的微控制器(即处理器)发送电信号，然后微控制器向无线通信模组传输通信报文来轮询各个节点终端20。例如：本实施例有四个节点终端A、B、C、D，第二主控板第一次接收到定时器的信号时，先向节点终端A发送查询温度的通信报文，第二次接收到定时器的信号时，再向节点终端B发送查询温度的通信报文，以此类推，不断循环地查询各个节点终端的温度。

协调器10的第二主控板上设置了寄存器，寄存器内存储了所有节点终端20的地址和节点终端20上的降温装置的启闭状态(图1中表示为开关)，当接收到节点终端20的通信报文时，通过比对地址能够快速识别节点终端20，若某个节点终端20的温度超过阈值且从寄存器中查询到该节点终端20的降温装置为关闭状态时，协调器10发送控制报文给该节点终端20来开启降温装置，使温度低于阈值，并更新寄存器中该节点终端20的降温装置的启闭状态。具体地，针对不同的节点终端20，控制报文可以不同，以确保控制的准确性。例如：针对节点终端A，开启降温装置的控制报文为“A”，关闭降温装置的控制报文为“1”；针对节点终端B，开启降温装置的控制报文为“B”，关闭降温装置的控制报文为“2”，其余节点终端以此类推。

在一个实施例中，还设置了与协调器10连接的显示器，用来显示各个节点终端20所在冷藏点的室温以及各个节点终端20的降温装置的启闭状态。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，包括：

一个协调器、多个节点终端和若干个中继节点；

所述节点终端和所述中继节点上设有温度传感器、第一主控板和控制装置，所述温度传感器、所述控制装置均与所述第一主控板电连接；所述温度传感器用于检测冷藏点的室温，所述控制装置用于接收所述第一主控板的电信号、启闭用于降低冷藏点的室温的降温装置；

所述协调器上设有第二主控板；

所述第一主控板和所述第二主控板上均设有无线通信模组，所述节点终端、所述中继节点均与所述协调器通信连接，所述中继节点用于在所述协调器和与自身连接的节点终端之间传输通信报文。

2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述第一主控板和所述第二主控板均为8051架构的单片机。

3.如权利要求2所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述单片机上设有模数转换器，所述模数转换器用于将所述温度传感器采集的模拟信号转换为数字信号。

4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述无线通信模组为Zigbee无线通信模组。

5.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述温度传感器为LM35温度传感器。

6.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述第二主控板上设有定时模组和处理器，所述定时模组用于定时向所述处理器发送电信号，所述处理器用于在接收到所述定时模组的电信号后向所述第二主控板的无线通信模组传输通信报文以轮询所述节点终端。

7.如权利要求1至6任意一项所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述协调器上还设有寄存器，所述寄存器用于存储所有的所述节点终端的地址和所述降温装置的启闭状态。

8.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述控制装置为继电器。

9.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，还包括显示器，所述协调器与所述显示器电连接，所述显示器用于显示各个所述节点终端所在冷藏点的室温以及各个所述节点终端的降温装置的启闭状态。

10.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的温度控制系统，其特征在于，所述降温装置为通风设备。